И.В. Орехова1, А.Ю. Азов2, Г.В. Тимофеева3, С.Д. Серов4, И.В. Баранова5, А.В. Плотнов6
1–6 ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (г. Саров, Россия)
1 ivstepanova@vniief.ru, 2 aazov@niiis.nnov.ru, 3 gtimofeeva@niiis.nnov.ru, 4 sdserov@vniief.ru,
5 petreeva@mail.ru, 6 aplotnov@niiis.nnov.ru
Постановка проблемы. Для реализации микросхем энергонезависимой памяти FeRAM на основе сегнетоэлектрических конденсаторов используют различные варианты ячеек памяти, совместимые с КМОП-технологией. В традиционном варианте элемент хранения представляет собой МИМ-конденсатор и располагается над стоком транзистора. Существенным минусом данной конструкции ячейки памяти является разрушающий метод считывания сохраненных данных, который приводит к изменению поляризации и требует перезаписи, что снижает возможное количество циклов перезаписи. Разработка и изготовление ячеек сегнетоэлектрической памяти с неразрушающим методом чтения – актуальная проблема на сегодняшний день.
В данной работе разрабатывается и исследуется ячейка памяти, у которой элемент хранения расположен над затвором. Такой способ организации ячейки памяти способствует неразрушающему чтению, поскольку считывание происходит с помощью тока стока. Изменение состояния поляризации сегнетоэлектрика приводит к модуляции поверхностного потенциала полупроводника и, соответственно, к открытию или закрытию проводящего канала транзистора. Применение такой конструкции ячейки памяти потенциально выгодно и с точки зрения миниатюризации.
Цель. Оценить возможность реализации ячейки энергонезависимой памяти FeRAM с неразрушающим чтением на основе пленок оксида гафния-циркония за счет размещения элемента хранения над затвором транзистора.
Результаты. Продемонстрирована работоспособность ячейки с размещением элемента хранения над затвором при напряжениях в области порогового. В процессе чтения зафиксирована разница тока стока транзистора между логическими состояниями «1» и «0», которая при напряжении 0,7 В составила 10 мкА, что демонстрирует работу ячейки памяти. Исследовано влияние напряжения активации на работу ячеек памяти. Выявлено, что наибольшая разница тока при чтении логических уровней регистрируется при использовании напряжения 3,2 В.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем при разработке микросхем энергонезависимой памяти FeRAM с неразрушающим чтением, что значительно увеличивает возможное количество циклов перезаписи и снижает площадь, занимаемую элементами хранения, а значит, и размер микросхемы.
Орехова И.В., Азов А.Ю., Тимофеева Г.В., Серов С.Д., Баранова И.В., Плотнов А.В. Исследование элементов хранения на основе сегнетоэлектрика для производства энергонезависимой памяти (FeRAM) // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 1. С. 60–66. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202601-06
- Jeong D.S. et al. Emerging memories: resistive switching mechanisms and current status. Rep. Prog. Phys. 2012. V. 75. P. 076502.
- Celii F. et al. Plasma Etching and Electrical Characterization of Ir/IrO2/PZT/Ir FeRAM Device Structures. Integrated Ferroelectrics. 1999. V. 27. P. 227–241.
- Huang A.P. et al. Hafnium-based High-k Gate Dielectrics. In: Advances in Solid State Circuits Technologies. INTECH. 2010.